Прогресс проекта
«Сенсоры»
«Сенсоры»
МГУ имени М.В. Ломоносова
Научно-технический отчет (промежуточный)
Разработка масштабируемой технологии синтеза и характеризация газочувствительных полупроводниковых и плазмонных материалов.
Разработка масштабируемой технологии синтеза и характеризация газочувствительных полупроводниковых и плазмонных материалов.
РЕФЕРАТ
Проект направлен на развитие технологий детектирования углеродсодержащих парниковых газов (углекислого газа СО2 и метана СН4), газов-загрязнителей (монооксида углерода СО, аммиака NH3, оксидов азота NOx, сероводорода H2S, диоксида серы SO2) и аэрозольных компонент (пыль, дым, городской аэрозоль) с использованием мобильных и дистанционных систем, а также распределенных сетей беспроводных датчиков, обеспечивающих высокое пространственно-временное разрешение мониторинга за счет обработки больших массивов данных, собранных с территорий большой площади.
Первый этап работы посвящен разработке масштабируемых методик синтеза и характеризации газочувствительных полупроводниковых материалов для сенсоров резистивного типа и газочувствительных плазмонных сенсорных поверхностей для их последующего совмещения с портативными спектрометрами комбинационного рассеяния.
Для получения газочувствительных полупроводниковых материалов определены условия синтеза широкой номенклатуры полупроводниковых оксидов металлов с различными модификаторами, обеспечивающими специфическую чувствительность к целевым газам, методами химического осаждения с последующей термической обработкой и распылительного пиролиза в пламени. Разработанные методики синтеза приведены в Приложении А и Приложении Б, соответственно. Для синтезированных материалов определены элементный и фазовый состав, а также параметры микроструктуры: размер кристаллических зерен, размер частиц и агломератов, величина удельной площади поверхности.
Для создания газочувствительных плазмонных сенсорных поверхностей были выбраны условия синтеза наночастиц серебра а) методами Леопольда-Лендла, а также б) гидротермальным разложением аммиачного комплекса серебра, и золота – методом Туркевича, с дальнейшим укрупнением синтезированных наночастиц, соответственно. Определены положения поверхностных плазмонных резонансов полученных коллоидных
растворов наночастиц с помощью спектроскопии поглощения в УФ-видимой области. С помощью изображений РЭМ установлено, что плотность наночастиц серебра, полученных методом Леопольда-Лендла выше, чем в случае использования термического разложения аммиачного комплекса в процессе гидротермальной обработки при содержании серебряного прекурсора одного порядка величины.
В качестве полимерной матрицы для создания плазмонных гибридных структур апробированы пленки и аэрогели хитозана. Проварьирован ряд параметров при синтезе гибридных структур: концентрация полимера, способ формования, предварительная химическая модификация в растворе щелочи, время выдержки полимерной матрицы в коллоидном растворе наночастиц серебра. Установлено влияние параметров синтеза плазмонных композитов на их морфологию, и как следствие, на коэффициент усиления комбинационного рассеяния на примере модельного красителя родамина 6Ж. Плазмонная поверхность демонстрирует воспроизводимый сигнал на площади в десятки микрометров с относительной погрешностью 19%.
Разработана методика масштабируемого синтеза плазмонных материалов для производства мотка шириной 5 мм и длиной 3 м (0,015 м2) на основе оптимального состава плазмонных материалов (Приложение В).
Первый этап работы посвящен разработке масштабируемых методик синтеза и характеризации газочувствительных полупроводниковых материалов для сенсоров резистивного типа и газочувствительных плазмонных сенсорных поверхностей для их последующего совмещения с портативными спектрометрами комбинационного рассеяния.
Для получения газочувствительных полупроводниковых материалов определены условия синтеза широкой номенклатуры полупроводниковых оксидов металлов с различными модификаторами, обеспечивающими специфическую чувствительность к целевым газам, методами химического осаждения с последующей термической обработкой и распылительного пиролиза в пламени. Разработанные методики синтеза приведены в Приложении А и Приложении Б, соответственно. Для синтезированных материалов определены элементный и фазовый состав, а также параметры микроструктуры: размер кристаллических зерен, размер частиц и агломератов, величина удельной площади поверхности.
Для создания газочувствительных плазмонных сенсорных поверхностей были выбраны условия синтеза наночастиц серебра а) методами Леопольда-Лендла, а также б) гидротермальным разложением аммиачного комплекса серебра, и золота – методом Туркевича, с дальнейшим укрупнением синтезированных наночастиц, соответственно. Определены положения поверхностных плазмонных резонансов полученных коллоидных
растворов наночастиц с помощью спектроскопии поглощения в УФ-видимой области. С помощью изображений РЭМ установлено, что плотность наночастиц серебра, полученных методом Леопольда-Лендла выше, чем в случае использования термического разложения аммиачного комплекса в процессе гидротермальной обработки при содержании серебряного прекурсора одного порядка величины.
В качестве полимерной матрицы для создания плазмонных гибридных структур апробированы пленки и аэрогели хитозана. Проварьирован ряд параметров при синтезе гибридных структур: концентрация полимера, способ формования, предварительная химическая модификация в растворе щелочи, время выдержки полимерной матрицы в коллоидном растворе наночастиц серебра. Установлено влияние параметров синтеза плазмонных композитов на их морфологию, и как следствие, на коэффициент усиления комбинационного рассеяния на примере модельного красителя родамина 6Ж. Плазмонная поверхность демонстрирует воспроизводимый сигнал на площади в десятки микрометров с относительной погрешностью 19%.
Разработана методика масштабируемого синтеза плазмонных материалов для производства мотка шириной 5 мм и длиной 3 м (0,015 м2) на основе оптимального состава плазмонных материалов (Приложение В).
МГУ имени М.В. Ломоносова
Аналитический отчет
по результатам определения проблематики, бизнес-целей, перечня заинтересованных сторон, приоритетных отраслей экономики и бизнес-требований.
по результатам определения проблематики, бизнес-целей, перечня заинтересованных сторон, приоритетных отраслей экономики и бизнес-требований.
РЕФЕРАТ
Настоящий отчет подготовлен в рамках выполнения работы по анализу проблематики и бизнес-целей создания системы комплексного мониторинга антропогенного воздействия на морехозяйственный комплекс, сельскохозяйственные и городские территории.
В ходе выполнения работ были получены следующие результаты:
− Проведено описание проблематики мониторинга морехозяйственного комплекса, сельскохозяйственных и городских территорий.
− Определены приоритетные отрасли экономики.
− Поставлены бизнес-цели для создания системы комплексного мониторинга.
− Сформирован перечень сторон, заинтересованных в создании системы комплексного мониторинга.
− Сформулированы бизнес-требования для создания системы комплексного мониторинга.
− Сформирован перечень автоматизируемых процессов.
В ходе выполнения работ были получены следующие результаты:
− Проведено описание проблематики мониторинга морехозяйственного комплекса, сельскохозяйственных и городских территорий.
− Определены приоритетные отрасли экономики.
− Поставлены бизнес-цели для создания системы комплексного мониторинга.
− Сформирован перечень сторон, заинтересованных в создании системы комплексного мониторинга.
− Сформулированы бизнес-требования для создания системы комплексного мониторинга.
− Сформирован перечень автоматизируемых процессов.
МГУ имени М.В. Ломоносова
Отчет
о научно-исследовательской работе «Характеристика изготовленных наноэлектродов».
о научно-исследовательской работе «Характеристика изготовленных наноэлектродов».
РЕФЕРАТ
КАПИЛЛЯРНЫЕ СЕНСОРЫ, рН, МИКРОЭЛЕКТРОДЫ, рН СЕНСОРЫ, КИСЛОРОДНЫЕ СЕНСОРЫ
Объектом разработки являются электрохимические нанокапиллярные сенсоры для измерения значений рН и концентраций растворенного кислорода.
Цель работы - разработка опытных образцов электрохимических капиллярных сенсоров для измерения значений рН и концентраций растворенного кислорода в водных растворах.
Методы работы: анализ информационных литературных источников, метод электрохимического анализа, циклическая вольтамперометрия, растровая электронная микроскопия, амперометрия.
Результаты работы: в ходе этапа проекта бьши разработаны сенсоры, чувствительные к растворенному кислороду и изменению рН в растворе. рНчувствительные сенсоры были откалиброваны в диапазоне значений рН от 5 до 9 в режиме ЦВ. Продемонстрировано, что время отклика данных сенсоров составляет около 8 с, однако это время может быть значительно уменьшено.
В рамках проекта также были разработаны кислородные сенсоры, диапазон работы которых был от О до 400 мкМ, время получения сигнала составило 10 с, точность измерений составило около 7% (N = 3).
Рекомендации по внедрению: Результаты проекта могут быть реализованы в нескольких сегментах рынка отрасли разработки и создания оборудования для систем мониторинга качества водных ресурсов, обеспечивающих точное определение вредных примесей и микроорганизмов (промышленность, ЖКХ, сжигание ископаемого топлива и отходов и т.д.).
Область применения: предприятия ЖКХ и организации экологической службы, компании горно-металлургического кластера и нефтеперерабатывающего и нефтехимического профиля.
Значимость работы: Разработка систем для мониторинга оказывает влияние на различные аспекты окружающей среды, человеческого здоровья и экономики. Во-первых, мониторинг помогает выявлять загрязнения в водных системах, что способствует их защите и сохранению для будущих поколений. Сенсоры обеспечивают доступ к безопасной питьевой воде, что снижает риск заболеваний и улучшает общественное здоровье. Мониторинг водных ресурсов обеспечивает сохранение биоразнообразия и предотвращение экологических кризисов. Разработка систем мониторинга не только способствует сохранению окружающей среды и здоровья человека, но и обеспечивает устойчивое развитие и использование водных ресурсов.
Прогноз развития: разработанные сенсоры будут использованы для разработки опытных образцов тест-систем для исследования состава и токсичности воды.
Оценка успешности выполнения работы: все запланированные работы вьшолнены в полном объеме. Проведенные экспериментальные исследования соответствуют требованиям технического задания.
Объектом разработки являются электрохимические нанокапиллярные сенсоры для измерения значений рН и концентраций растворенного кислорода.
Цель работы - разработка опытных образцов электрохимических капиллярных сенсоров для измерения значений рН и концентраций растворенного кислорода в водных растворах.
Методы работы: анализ информационных литературных источников, метод электрохимического анализа, циклическая вольтамперометрия, растровая электронная микроскопия, амперометрия.
Результаты работы: в ходе этапа проекта бьши разработаны сенсоры, чувствительные к растворенному кислороду и изменению рН в растворе. рНчувствительные сенсоры были откалиброваны в диапазоне значений рН от 5 до 9 в режиме ЦВ. Продемонстрировано, что время отклика данных сенсоров составляет около 8 с, однако это время может быть значительно уменьшено.
В рамках проекта также были разработаны кислородные сенсоры, диапазон работы которых был от О до 400 мкМ, время получения сигнала составило 10 с, точность измерений составило около 7% (N = 3).
Рекомендации по внедрению: Результаты проекта могут быть реализованы в нескольких сегментах рынка отрасли разработки и создания оборудования для систем мониторинга качества водных ресурсов, обеспечивающих точное определение вредных примесей и микроорганизмов (промышленность, ЖКХ, сжигание ископаемого топлива и отходов и т.д.).
Область применения: предприятия ЖКХ и организации экологической службы, компании горно-металлургического кластера и нефтеперерабатывающего и нефтехимического профиля.
Значимость работы: Разработка систем для мониторинга оказывает влияние на различные аспекты окружающей среды, человеческого здоровья и экономики. Во-первых, мониторинг помогает выявлять загрязнения в водных системах, что способствует их защите и сохранению для будущих поколений. Сенсоры обеспечивают доступ к безопасной питьевой воде, что снижает риск заболеваний и улучшает общественное здоровье. Мониторинг водных ресурсов обеспечивает сохранение биоразнообразия и предотвращение экологических кризисов. Разработка систем мониторинга не только способствует сохранению окружающей среды и здоровья человека, но и обеспечивает устойчивое развитие и использование водных ресурсов.
Прогноз развития: разработанные сенсоры будут использованы для разработки опытных образцов тест-систем для исследования состава и токсичности воды.
Оценка успешности выполнения работы: все запланированные работы вьшолнены в полном объеме. Проведенные экспериментальные исследования соответствуют требованиям технического задания.